FEATURES OF THE MATERIAL BALANCE CALCULATION OF THREE-PHASE MIXTURES FOR EXTRACTION PROCESSES

Abstract

Purpose: improvement of the algorithm for calculating the liquid-liquid-vapor equilibria for binary and ternary mixtures (in application for extraction processes). Methods: analysis of phase diagrams, modeling of cutting off a part of an equilibrium phase, algebraic transformations of the system of Eqs. describing a single-step evaporation of a three-phase mixture of a given composition. Results: for two types of phase diagrams of binary mixtures with partial miscibility of components in the liquid phase, restrictions on the possible values of the mole fractions of the vapor and two liquid phases under the equilibrium conditions of the liquid-liquid-vapor mixture for a given total composition were obtained. For ternary mixtures, analytical expressions for the calculation of three phases composition for the given two sets of distribution coefficients were obtained. Formulas for calculating mole fractions of vapor and two liquid phases according to the given composition of the mixture are obtained. The following formulas are used to calculate the three-phase equilibrium of the butylene-n-butane-water mixture based on the Raoult’s and Henry’s Laws. Discussion: the obtained formulas can be used to determine approximately the composition of coexisting equilibrium phases of ternary mixtures as well as the mole fractions of phases. For binary mixtures, it is expedient to supplement the input information of the single-step evaporation of a mixture of a given composition with the permissible value of the mole fraction of the vapor phase.

Мета: Вдосконалення алгоритму розрахунку рівноваги рідина-рідина-пара для бінарних та трьохкомпонентних сумішей (для процесів екстракції). Методи: Аналіз фазових діаграм, моделювання відсікання частини рівноважної фази, алгебраїчні перетворення системи рівнянь задачі одноразового випаровування трьохфазної суміші заданого складу. Результати: Для двох типів фазових діаграм двокомпонентних сумішей з обмеженою розчинністю компонентів в рідкій фазі отримані обмеження на можливі значення молярних часток парової та двох рідких фаз за умов рівноваги рідина-рідина-пара для суміші заданого загального складу. Для трьохкомпонентних сумішей отримані аналітичні вирази для розрахунку складів трьох фаз за заданими двома наборами коефіцієнтів розподілу. Отримані формули для розрахунку молярних часток парової та двох рідких фаз за заданим загальним складом суміші. Наведені формули застосовані для розрахунку трьохфазної рівноваги суміші бутилен-н-бутан-вода на підставі законів Рауля та Генрі. Обговорення: Для трьохкомпонентних сумішей для орієнтовних розрахунків можна застосувати отримані формули як для визначення складів співіснуючих рівноважних фаз, так і для визначення молярних часток фаз. Для бінарних сумішей доцільно доповнити вхідну інформацію задачі одноразового випаровування суміші заданого складу припустимим значенням молярної частки парової фази.

Цель: Совершенствование алгоритма расчета равновесия жидкость-жидкость-пар для бинарных и трёхкомпонентных смесей (для процессов экстракции). Методы: Анализ фазовых диаграмм, моделирование отсечения части равновесной фазы, алгебраические преобразования системы уравнений задачи однократного испарения трёхфазной смеси заданного состава. Результаты: Для двух типов фазовых диаграмм двухкомпонентных смесей с ограниченной растворимостью компонентов в жидкой фазе получены ограничения на возможные значения молярных долей паровой и двух жидких фаз в условиях равновесия жидкость-жидкость-пар для смеси заданного общего состава. Для трёхкомпонентных смесей получены аналитические выражения для расчета составов трёх фаз по заданным двумя наборами коэффициентам распределения. Получены формулы для расчета молярных долей паровой и двух жидких фаз по заданному общему составу смеси. Приведенные формулы применены для расчета трёхфазного равновесия смеси бутилен-н-бутан-вода на основании законов Рауля и Генри. Обсуждение: Для трехкомпонентных смесей для ориентировочных расчетов можно применить полученные формулы как для определения составов сосуществующих равновесных фаз, так и для определения молярных долей фаз. Для бинарных смесей целесообразно дополнить входную информацию задачи однократного испарения смеси заданного состава допустимым значением молярной доли паровой фазы.